Experimental Study of High-Temperature Exposure Effect on Reinforcement-Concrete Bond in Corrosion-Damaged Reinforced Concrete


Cite item

Abstract

The object of this study is the bond between reinforcement and concrete after exposure to high temperatures and corrosion, which is critical for assessing the durability of reinforced concrete structures. The analysis of scientific sources revealed that at temperatures above 300°C, the bond deteriorates due to thermal expansion of the reinforcement, degradation of the cement matrix, and crack formation. Simultaneously, corrosion reduces adhesion and weakens mechanical interlocking, accelerating concrete deterioration. However, the combined effect of these factors remains insufficiently studied, and the existing bond models do not fully account for their simultaneous impact. In this experiment, concrete specimens with A500C reinforcement were subjected to electrochemical corrosion and heated to 400°C. Pull-out tests revealed a significant reduction in bond strength, attributed to the destruction of the adhesive layer and changes in the interaction mechanism: in unheated specimens, the bond was ensured by plastic deformations of concrete, whereas in heated specimens, it was maintained by friction against corrosion products. Comparison with previous studies on the influence of temperature, reinforcement types, and heating rates confirmed the consistency of the results and clarified the role of pre-existing corrosion. The obtained experimental data not only validates the existing studies, but also extends them by incorporating the effect of pre-corrosion, which was previously considered in a limited scope. The findings can be used to predict the consequences of thermal exposure, assess the residual strength of structures, and develop restoration methods.

About the authors

Ashot G. Tamrazyan

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Email: TamrazyanAG@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0569-4788
SPIN-code: 2636-2447

Corresponding Member of RAASN, Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, Russian Federation

Dmitriy S. Baryak

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Author for correspondence.
Email: baryakd@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1349-0590
SPIN-code: 5571-5554

PhD student of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, Russian Federation

References

  1. Tamrazyan A., Avetisyan L. Comparative analysis of analytical and experimental results of the strength of compressed reinforced concrete columns under special combinations of loads. MATEC Web of Conferences. 5th International Scientific Conference on Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education, IPICSE 2016. 2016:01029. https://doi.org/10.1051/matecconf/20168601029 EDN: YVACDT
  2. Kholmyansky M.M. Contact between reinforcement and concrete. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1981. (In Russ.) https://djvu.online/file/J6CjJaV1ndKB0. Available from: https://djvu.online/file/J6CjJaV1ndKB0 (accessed: 21.07.2024).
  3. Cruz J.S., Barros J. Modeling of bond between near-surface mounted CFRP laminate strips and concrete. Computers and Structures. 2004;82:1513-1521. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2004.03.047
  4. Tian Y., Liu J., Xiao H., Zhang Y., Mo Q., Shen J., Shi J. Experimental Study on Bond Performance and Damage Detection of Corroded Reinforced Concrete Specimens. Advances in Civil Engineering. 2020:7658623. https://doi.org/10.1155/ 2020/7658623. EDN: ZZMGBB
  5. Cabrera J.G. Deterioration of concrete due to reinforcement steel corrosion. Cement and Concrete Composites. 1996;18(1):47-59. https://doi.org/10.1016/0958-9465(95)00043-7
  6. Stanish K.D., Hooton R.D., Pantazopoulou S.J. Corrosion effects on bond strength in reinforced concrete. ACI Structural Journal. 1999;96(6):915-921. https://doi.org/10.14359/765
  7. Yuan Y., Yu S., Jia F. Deterioration of bond behavior of corroded reinforced concrete. Industrial Construction. 1999;29(11):47-50. (In Chin.)
  8. Auyeung Y., Balaguru P., Chung L. Bond behavior of corroded reinforcement bars. ACI Materials Journal. 2000; 97(2):214-220. https://doi.org/10.14359/826
  9. Chung L., Cho S.H., Kim J.H.J., Yi S.T. Correction factor suggestion for ACI development length provisions based on flexural testing of RC slabs with various levels of corroded reinforcing bars. Engineering Structures. 2004;26(8):1013- 1026. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2004.01.008
  10. Tamrazyan A., Avetisyan L.A. Experimental and theoretical study of reinforced concrete elements under different characteristics of loading at high temperatures. XXV Polish-Russian-Slovak Seminar “Theoretical Foundation of Civil Engineering.” Procedia Engineering. 2016:721-725. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.232 EDN: YUVYJL
  11. Tamrazyan A.G., Baryak D.S. Temperature analysis of corrosion-damaged compressed reinforced concrete elements under fire exposure. Innovations in Construction: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. Bryansk: Bryansk State Engineering and Technology University; 2024. p. 255-259. (In Russ.) EDN: NQOMVV
  12. Das A., Bošnjak J., Sharma A. Post-fire bond behaviour of reinforcement in concrete considering different bonded lengths and position of rebars. Engineering Structures. 2023;296(1):116908. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116908 EDN: APIFDI
  13. Li X., Lu C., Cui Y., Zhou L. Study on the bond properties between steel bar and fiber reinforced concrete after high temperatures. Structures. 2023;49:889-902. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.02.005 EDN: GCCACV
  14. Liu C., Qiu Z., Zhang S., Yan L., Miao J., Zheng C. Experimental Study on Dynamic Bond Behavior between Reinforcement and Concrete under Fire. Journal of Materials in Civil Engineering. 2024;36(6). https://doi.org/10.1061/ JMCEE7.MTENG-17655 EDN: BNAZEX
  15. Banoth I., Agarwal A. Bond between deformed steel rebars and concrete at elevated temperatures. Fire Safety Journal. 2024;145:104133. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2024.104133 EDN: BBBGXS
  16. Albero V., Hernández-Figueiredo D., Roig-Flores M., Melchor-Eixea A., Piquer A. High-temperature effects on bond behavior between concrete and corrosion resistant steel reinforcements. Construction and Building Materials. 2024; 447:138086. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138086 EDN: IGLTCT
  17. Abuhishmeh K., Hojat Jalali H., Ebrahimi M., Soltanianfard M.A., Correa C.O., Cornejo J.S. Behavior of high strength reinforcing steel rebars after high temperature exposure: Tensile properties and bond behavior using pull-out and end beam tests. Engineering Structures. 2024;305:117730. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.117730 EDN: KBGQND

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».